Dwurdzeniowy Osprey konkurencją dla Atoma

Osprey ma się pojawić w dwóch wersjach, optymalizowanej pod względem prędkości przetwarzania – przeznaczonej do serwerów enterprise, sieci oraz zastosowań w przemyśle i biznesie, które wymagają dużej wydajności, a także w wersji zoptymalizowanej pod kątem zużycia prądu, pracującej z częstotliwością 800 MHz – 1 GHz, przeznaczonej do komputerów mobilnych i produktów konsumenckich.

ARM Holdings ma odmienny od Intela model rozwoju architektury procesorów, polegający na tym, że ARM dostarcza na rynek licencje na bloki IP, które następnie producenci półprzewodników wkomponowują jako jądro we własne układy, tworząc SoC, mikrokontrolery i inne urządzenia. Produkcja gotowych procesorów wynika więc ze współpracy ARM i czołowych graczy na rynku półprzewodników, a więc firm takich jak TI, ST Microelectronics, Samsung, NEC, Qualcomm, NXP, Freescale, Sharp i innych.

Szeroko zakrojona współpraca przy wytwarzaniu tej architektury pozwala zwiększać potencjał intelektualny zaangażowany w szybki rozwój procesorów przeznaczonych do smartfonów, smartbooków, netbooków i innych urządzeń mobilnych oraz na rynki mikrokontrolerów, m.in. w motoryzacji, systemach bankowych czy wszelkiego rodzaju technologiach sieciowych, jak telewizja cyfrowa czy sieci przemysłowe.

Architektura inspirowana przez ARM jest więc konsekwentnie i systematycznie współtworzona przez koncerny, które konkurując między sobą, jednocześnie ją upowszechniają. Kontrolując 80% rynku procesorów do pecetów, Intel jest jednak dla firmy z Cambridge silnym konkurentem, a malejąca sprzedaż tradycyjnych komputerów PC i wzrost popularności mobilnych urządzeń internetowych sprawiają, że z wejścia na nowe rynki mikroprocesorów Intel już uczynił jeden ze swoich głównych celów strategicznych.

Osprey szybszy

Rys. 1. Wskaźniki wydajności EEMBC Coremark dla najnowszych procesorów ARM i popularnego modelu Atoma

Według ARM dwurdzeniowy Cortex- A9 bije prędkością przetwarzania taktowanego częstotliwością 1,6 GHz Atoma N270 nawet w wersji 800 MHz zoptymalizowanej pod względem poboru mocy. Osprey w wersji 2 GHz zoptymalizowanej pod kątem prędkości przetwarzania przewyższa procesor Intela 2,5-krotnie.

Przy częstotliwości 2 GHz Cortex pobiera 1,9W, podczas gdy Atom średnio 2,5W. Ponadto, podczas gdy pamięć podręczna drugiego stopnia (L2 cache) w Atomie według danych Intela ma 512 KB, Osprey będzie wyposażony w sterownik L2 cache obsługujący od 128KB aż do 8MB, w zależności od zapotrzebowania klienta.

Procesor ARM zajmuje również mniej miejsca, rdzeń w wersji 2 GHz mieści się w układzie na powierzchni 6,7mm2, a w wersji 800 MHz – z poborem mocy rzędu 0,5W – 4,9mm2. Zdaniem przedstawicieli ARM Holdings, wykonany w technologii 40nm Osprey jest pod względem wielkości 3- czy nawet 4-krotnie mniejszy od Atoma. Do każdego z rdzeni dodany jest układ Neon SIMD, wspierający operacje graficzne i przetwarzanie sygnałów.

Zastosowanie Neona pozwala na dekodowanie plików mp3 przy taktowaniu 10 MHz oraz umożliwia wykorzystanie formatu AMR w komunikacji GSM i UMTS do kodowania mowy przy taktowaniu do 13 MHz, co oznacza pracę z bardzo niewielkim obciążeniem procesora. Wersja Ospreya testowana w fabrykach TSMC jest dodatkowo wyposażona w procesor graficzny MALI-400 i silnik graficzny MALI VE. Dodatkowe zastosowanie układu GPU umożliwia odtwarzanie sygnału wideo HD 1080p.

ARM Holdings zaplanował wykonanie pełnej wersji testowej w fabrykach TSMC na przełomie 2009/2010 r., licencje na dwa zoptymalizowane projekty fizyczne rdzenia dostępne były już wcześniej, a sama własność intelektualna ma być gotowa niedługo. Umożliwi to licencjobiorcom produkcję własnych układów już w tym roku. Przedstawiciele firmy zapewnili również, że ARM nie wyklucza możliwości rozbudowy licencji na większą liczbę rdzeni w procesorze.

Cortex-A9 i poprzednik

Osprey jest porównywany do procesora Omap 4 od Texas Instruments, który także jest oparty na 2 rdzeniach Cortex-A9 zajmujących miejsce pojedynczego intelowskiego Atoma. Omap 4 przeznaczony jest do komputerów mobilnych, telefonów 3G i bogato wyposażonych wideofonów, z szerokopasmowym dostępem do Internetu, obsługą multimediów i zestawem do nawigacji, a więc z wyposażeniem, które za parę lat w telefonach komórkowych stanie się standardem.

TI rozpocznie jego produkcję w 2010 r., a testowanie, tak samo zresztą jak i testowanie platformy procesora i narzędzi deweloperskich, zaplanowano na koniec 2009 r. Dzięki ponad 1 GHz taktowaniu każdego z rdzeni, Omap 4 oferuje zwiększoną prędkość przetwarzania danych i grafiki oraz znacznie dłuższą żywotność, co charakteryzowało także wcześniejsze układy Omap. Na rynku produktów konsumenckich dostępne są obecnie liczne urządzenia oparte na rdzeniu Cortex-A8, poprzedniku A9.

Należą do nich smartbook Sharpa NetWalker PC-Z1 przeznaczony do intensywnego korzystania z Internetu i obsługi multimediów, w tym odtwarzania muzyki i odczytu audiobooków. Smartbook zawiera procesor Freescale i.MX515 o taktowaniu 800 MHz. Inne popularne urządzenia to odtwarzacz multimediów Archos 5 Internet Media Tablet, palmofon Palm Pre z układem Omap 3 czy następca słynnego iPhone’a 3G – iPhone 3G S z procesorem 600MHz Samsunga S5PC100, obecnie dostępny także w Polsce.

Podstawowa zaleta tego telefonu to szybko ładujące się strony internetowe, dzięki czemu, mimo że urządzenia mobilne z układem CPU Intela zapewniają „pełniejsze doświadczenie internetowe”, iPhone 3G S określany jest już jako prawdziwy MID dodatkowo z funkcją prowadzenia rozmów. To właśnie ten poprzednik Corteksa-A9 był procesorem, który miał wypełnić lukę dzielącą ARM i x86.

Zdobywanie rynku

ARM zdołał w 3 kwartale 2009 roku poprawić o 10% sprzedaż w porównaniu do pierwszej połowy 2009 r. Firma sprzedała 28 licencji na procesory, z czego ponad połowę do aplikacji innych niż urządzenia mobilne, w tym na rynki motoryzacji, technologii sieciowych i przechowywania danych. Od grudnia ubiegłego roku dostępne są najtańsze na rynku 32-bitowe mikrokontrolery NXP z rodziny LPC1100 oparte na rdzeniach Cortex-M0. Te najmniejsze z Corteksów mikrokontrolery są kompatybilne z aplikacjami 8- i 16-bitowymi.

O wprowadzeniu do sprzedaży 30 procesorów Cortex-M3 i Cortex-A8 przeznaczonych do zastosowań w przemyśle, medycynie i produktach konsumenckich poinformował pod koniec 2009 r. TI. Oferowane procesory należą do rodzin Stellaris i Sitara. Pod koniec 2009 r. ARM Holdings podpisał umowę z fabryką półprzewodników GlobalFoundries założoną w ubiegłym roku przez AMD i ATIC, dotyczącą m.in. produkcji procesorów Cortex-A9 w procesie 32nm i 28nm.

GlobalFoundries posiada zakład produkcyjny w Dreźnie, a drugi buduje w Nowym Jorku. Dzięki tym lokalizacjom staje się on alternatywą dla tajwańskiej fabryki TSMC, z którą ARM współpracował do tej pory. Zgodnie z umową, firmy kupujące licencje od ARM będą mogły składać zamówienia na produkcję układów scalonych bezpośrednio w GlobalFoundries.

Skalowalna wydajność procesora Cortex-A9 w wersji MPCore umożliwi z kolei ST Microelectronics dostarczanie do domów prywatnych użytkowników treści szerokopasmowej i radiowo-telewizyjnej z dużą prędkością transmisji i przy ograniczonym poborze mocy. Wykorzystanie układów CPU Cortex i GPU Mali przez ST Microelectronics – jednego z liderów urządzeń do rozrywki domowej, m.in. w aplikacjach telewizji cyfrowej i dekoderach, świadczy o pozyskiwaniu tego rynku przez ARM.